米国エネルギー省科学局、オフィスの生物学的および環境調査、地上生態系科学プログラム賞号によって提供されたこの研究のための資金・ デ ・ SC0007041、ローレンス ・ バークレー国立研究所による磁束コア サイト契約号 7096915 下 Ameriflux 管理プログラム、国立科学財団の水文科学 1521238 を付与します。意見、所見、結論や推奨この素材で表現、これらの者を資金提供機関の見解を必ずしも反映しています。

1. 計装のツリーを選択します。
<ol>
	<li>測定のための木を選択します。理想的には、一般的にラウンドの幹断面積と 1-2 回刃物の長さ、または辺材深さセンサー尖叉 (ここに示す特定の静電容量センサー用 〜 5 cm) の長さより大きい間直径との健全木を選択します。ツリーのコアを使用して辺の深さを測定したり、多くの種の標準直径テープによって測定される直径29,54, を幹に辺材領域を関連のアロメトリー式を通じて、辺材深さを計算できます。 注: ただし、静電容量センサーのいくつかの種類があります次の手順 1.2 測定精度に悪影響を与えることがなく適切な長さにトリミングすることができます。配線を含まない剛性測定歯部で唯一の静電容量センサーをトリミングまたはカットできます。独立した校正は、トリミングされたセンサーに必要です。したがって、ツリーを選択し、校正手順の前に適切な刃物の長さを決定します。</li>
	<li>木の直径と辺材深さに基づくセンサーの歯部の適切な長さを決定します。 注意: 静電容量センサーは、センサーの歯、 Lの長さの水分情報を統合しますそれはしたがっている対象と彼らが提供する総合観測全体幹の代表Lと 2 L のの直径は、。.樹皮と篩部 (セクション 4.2 を参照) をインストールする前に測定領域から削除されますと、測定は影響しません。<ol>
		<li>Lが幹の直径よりも大きい (手順 1.3 参照) 歯部に茎の反対側を通って浸透しないように木のためのセンサーをトリミングします。</li>
		<li>木直径は 2Lより大きいが、辺材深さがLより小さいセンサーで、辺材と心材から信号を測定します。 注: 含水率は、これら 2 つの組織の種類の異なる、このバイアス場合あります観察、樹幹全体を代表すると見なされます。このような場合、またはユーザーが辺材水変動観測は辺材 (アクティブな木部) の水含有量の変動を表すその辺材深さに歯を手入れするセンサーにのみ関心があるとだけ。辺材深さはLよりも大きい場合は、観測、辺材のみを表すが、センサーをトリミングする必要はありません。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>(1.2.1、1.2.2 の手順で決定した) として必要な場合は、指定したアプリケーションに合わせてセンサーを切った。センサーの歯部をカット、台にしっかりとセンサーをクランプし、適切な保護具を着用しながら各刃物を正確に同じ長さにカットする型鋼切断ディスク搭載パワー ロータリー ツールを使用します。</li>
</ol>
2. 収穫し、種特異的な校正を生成する興味のすべての種の木材サンプルの準備
<ol>
	<li>興味の種からトランク、少年の幹または大規模なブランチ、少なくとも 6 cm を収集します。大きい直径センサーの被覆材量を最大化するために好ましいし、トランク密度測定に最も近づけます。取り付けられているすべての枝や葉、苔癬や緩い材料を削除します。 注: 支店の違いによる不確実性のさらなる議論のための議論を参照してくださいし、茎の密度。</li>
	<li>25 またはより円筒 〜 15 cm の長さの部分に、幹を分割します。</li>
	<li>各セグメントにラベルを付けるし、平均直径とそれぞれの長さを記録します。円柱の体積としてセグメントのボリュームを近似します。</li>
	<li>セグメントを差分水分補給と乾燥の 2 つのグループに分けます。脱水に 60 ° C で 1/3、水分補給には水お風呂でセグメントのと他 2/3 乾燥炉内のセグメントを大体配置します。即時の測定の 2 つのセグメントを分ける: 端から 1 つと、茎の長さの中央からできれば 1 つ。 注: 通常、60 ° C で乾燥セグメント 〜 2 週間後に完全に乾燥したし、する 〜 3 日後完全に復元します。オーブン湯せんから個々 のセグメントを削除し、(ステップ 3.7 参照) 毎日、または 1 日 2 回の間隔を測定します。測定可能な体積含水率の最大範囲にわたるのグラデーションをつくる。</li>
</ol>
3. センサー出力と体積含水関係校正を作成コンテンツ
<ol>
	<li>リアルタイムのセンサー読み出しの可視化のためコンピューターの製造元によって提供される指示に従ってデータロギング デバイスに静電容量センサーを接続します。データ収集の間隔を 30 に設定 s。</li>
	<li>ドリルで 3 つの穴の 2 つ縦に並んだセットを配置、およびドリル ビットを静電容量センサー (この実験で使用されているセンサーの 3.57 mm) の歯部の直径よりわずかに小さい維持する場所にて安全に掘削あらかじめ作られたテンプレートを使用して、2 番目のセットでは、穴の間の潜在的な重複がないことを確認する少数のセンチメートルの垂直分離と木製のセグメントの周り約 150 ° に位置します。測定の最初のセットのステップの 2.4 で脇木製セグメントを使用します。</li>
	<li>セグメントとレコードを最も近い 0.01 g 重量の測定時の重量を量る。追加の乾燥を防ぐためにプラスチック製のラップとセグメントの両端をキャップします。</li>
	<li>直後に重さがあって、アルコール綿棒と静電容量センサーの歯をきれいに挿入し、それ茎部分完全にような鋼鉄尖叉の部分が表示されていません。安定させるために出力画面での読書測定を待つ (2 または 3 分、一般に)。すべての 30 の温度、電気伝導度、誘電率 (εb) とセンサーの出力を記録 5 分と 10 の測定値の平均を計算します。</li>
	<li>優しくセグメントからセンサーを削除、アルコール綿棒で歯をきれいし、ゼロに戻ります出力の測定値を待ちます。ステップ 3.3 以降事前ドリルされた穴の 2 番目のセットから測定手順を繰り返します。</li>
	<li>端からプラスチックを取り出し、乾燥炉の茎部分を置きます。完全に脱水することができます (通常 2 週間または数日間体重が安定するまで)。</li>
	<li>すべてのセグメントの 3.3 3.7 を介しての手順を繰り返します。乾燥炉からセグメントを削除しより頻繁に測定 (毎日二度) よりも (毎日) 最後の数日間の初期水分の損失の速度が高いため、乾燥の最初の数日以内。計量と測定前にペーパー タオルを使用して水の風呂から削除するセグメントの表面から余分な水分を乾燥させます。</li></ol>補給のすべてのセグメントが測定されているまで、一日あたり 1 つの補給茎部分を測定します。
	<li>完全乾燥後に、幹のすべてのセグメントの最終的な乾燥重量を記録します。</li>
	<li>次の数式を使用して、測定の時に茎部分の体積含水率 (VWC、cm3水/cm3木材) を計算します。 
	<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57062/57062eq1.jpg">(1) VwはV茎や水 (cm3) の量は、ステップ 1.2 で計算された茎部分 (3cm) のボリュームです。<ol>
		<li>時として測定の各セグメントの水の量を計算します。 
		<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57062/57062eq2.jpg">(2) 水 (1 g cm-3) の密度であるmwが計測、およびρwの時に茎部分 (g) で大量の水を</li>
		<li>時として測定の各セグメント内の水の質量を計算します。 
		<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57062/57062eq3.jpg">(3) Mウェットは茎部分の質量 (g) の測定時、 M乾燥セグメント (g) の最終的な重量であります。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>誘電率のセンサーの観測とVWC (図 1、表 1) 間の最適線形回帰統計解析ソフトウェア パッケージを使用して作成.</li>

<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57062/57062fig1.jpg"> 
図 1: 例検。検コナラ ヤマモモエイサーの赤体ダケカンバ第、ポプラ、オオバギンドロ、ストローブマツパート 1 と 2 のこのプロトコルを次に生成されます。方程式と決定係数は、表 1にそれぞれの提供しています。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/57062/57062fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td>m</td>
			<td>b</td>
			<td>R2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B. paprifera</td>
			<td>0.048</td>
			<td>-0.098</td>
			<td>0.967</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A. 赤体</td>
			<td>0.067 倍</td>
			<td>-0.158</td>
			<td>0.853</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Q. ヤマモモ(短縮)</td>
			<td>0.120</td>
			<td>0.041</td>
			<td>0.636</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Q. ヤマモモ</td>
			<td>0.058</td>
			<td>-0.109</td>
			<td>0.718</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P.、オオバギンドロ</td>
			<td>0.023</td>
			<td>-0.028</td>
			<td>0.887</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P. ストローブマツ</td>
			<td>0.030</td>
			<td>-0.072</td>
			<td>0.900</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表 1: 校正式の変換ΕbにVWC温帯樹種の。係数だ ' と 'b' が標準形で線形方程式の提示: VWC = m * εb+ b。
4. フィールド測定のための木の静電容量センサーをインストールします。
<ol>
	<li>センサーのインストールの前に茎径と各センサーの位置の地表上の高さを記録します。通常、トランクにVWCを監視、センサー ~0.5 m 地面の表面上に配置し、(図 2地上 ~7.5 m) の最初の主要な分岐分割のすぐ下 2 つを配置します。</li>
</ol>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57062/57062fig2.jpg"> 
図 2: 例のフィールド テストを設定します。センサーの場所とデータ ・ ログ駅に隣接する成熟した木の向きの模式図。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/57062/57062fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<ol start="2">
	<li>形成層に樹皮を削除し、センサーがなる平らな面を作成描画ブレードを使用してインストールします。この表面は広く、フラット十分、センサーが木の表面に対してフラッシュを歯部の一部が公開されるようなこと、それがインストールされているときに座っていることを確認します。樹皮と測定は、樹皮や篩部の水分量を排除しながら、木部に水コンテンツのみを含めることを確保するためのひこばえを削除します。</li>
	<li>歯部に穴をあけます。堅い木 (3.57 mm このプロトコルで使用される) の歯部の実際のサイズに近いビットを使用しながら柔らかい木材、歯部の直径よりわずかに小さいドリル ビットを使用してください。、高品質な計測センサーの歯部が木材との良好な接触を作ることを確認します。少し小さいドリル ビットを使用して以来、校正手順の中には、場合センサーを定期的に削除する必要はなくなります、ここ校正に使用するものよりも。</li>
	<li>任意の汚れや肌のオイルを削除するには、アルコール綿棒でセンサーの歯をきれいにし、センサーを事前ドリルされた穴に挿入します。センサーが挿入時にあまりにも多くの抵抗を満たしている場合慎重にそれを戻すし、再それらを若干拡大するために穴をドリルします。すべての 3 つの歯部が完全に挿入センサーの体が木の幹に対してフラッシュを座っていることを確認します。</li>
	<li>茎の穴を入力してからの流れを維持することと、害虫の侵入を防ぐために木の幹に対してセンサーのシールにシリコン系シーリング材を使用します。</li>
	<li>反射断熱材外部加熱を避けるために、センサーをカバーしてください。</li>
	<li>以下のメーカーの仕様では、すべてのセンサーを 12 V 電源と互換性のあるデータ ロガーに接続します。使用データ コレクション間隔 5 分のセンサーは、フィールドで展開しますが、使用電力の制限、例えば、太陽電池/バッテリー サイトで電源を節約するために間隔を長く運営サイト。</li>
</ol>
5. 検量線を使用して幹水ストレージに Raw データを処理します。
<ol>
	<li>2.9 の手順で生成された較正曲線の方程式を使用すると、すべてのオブザベーションについてVWCにセンサーの出力を変換します。VWC cm3 /cm3または割合として表すが一般的。割合VWCしたがって 0 と 100% の範囲です。</li>
	<li>2 つの測定の高さと利益が (cm3) の容量を統合 (例えば図 2に: 0.5 m、7.5 m) 高さと線形茎直径変化を仮定することにより。</li></ol>木の観察が全体の幹を表します (すなわち、 Lと 2L、そのままセンサーを使用して直径の木やセンサーが幹の直径にトリミングされた薄い木 2.2 節」を参照)、4 の式を使用します。 
	<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57062/57062eq4.jpg">(4) Hがセンサーの高低差 (垂直距離) (例えば図2: 700 cm)、 r1 r2幹 (cm) の半径で下部と上部のセンサーの場所それぞれ。 センサーが辺材水だけの見積もりを提供する木のコンテンツ (センサー長さ測定、セクション 1.2 を参照) 式 5 を使用します。 
	<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57062/57062eq5.jpg">(5) s1とs2が辺材深さ (cm) 下部と上部のセンサーの位置には、それぞれ。
	<li>幹・辺材の体積を計算ツリーの平均VWC利息の合計量を乗算することによって水を格納します。</li>

スティーブン ・ r ・ ギャリティが GS3 耐久性の高い土壌水分センサーを生成するメーター グループ株式会社の従業員は、この記事で使用です。

茎水分センサー同時 sap フラックスの動向に合わせて容量を介して観測・環境測定 (図 3, , 図 4図 5) を強制の季節および日変化パターン。日周蒸散のペースを上回る率の木質組織を通じて涵養と季節土壌水分制限ルート水可用性5幹貯水のタンクが枯渇しています。この内部キャパシ?...

植物材料の保存水は、短期および長期の水ストレス1,2に対応する植物の能力の不可欠な役割を果たしています。植物は、根、茎、水を貯えるし、葉細胞内と細胞外の両方で (例えば導管) 空間2,3,4。この水は、10 と日周所要水2,5,6,7,8の 50% 間に貢献して示されています。そのため、工場油圧容量地上水バランスの重要なコンポーネントです、水ストレス、干ばつの応答および回復1、インジケーターとして使用することができますの観測時間の差を補正するために必要な重要な要因は、蒸散と sap9,10,11 を流れ。植生水コンテンツのリアルタイム モニタ リングも使用できます農業アプリケーションで果樹園を制約し、散水効率12,13を増加するために灌漑をトリミングを助けるため。ただし、樹種7,14,15,16,17,18、連続、原幹水分含量の測定 19 sap フラックス測定20を基準にして珍しい。ここでは、私たちは木5,21の樹幹内における体積含水率を監視する静電容量センサーのキャリブレーションの手順を概説します。
土壌-植物-大気圏の連続22,23の不可欠なコンポーネントは、流体の挙動と植生による水利用調節間水と炭素フラックスの重要なコントロールであるため、生物圏と雰囲気24,25。幹の水分動態生物的・非生物的要因によって影響を受けています。枯渇と幹保存水の涵養、環境条件、特に、飽の短期および長期の傾向によって影響を受けます、土壌水コンテンツ1,26。木製27 (例えば密度、血管構造) と創発的油圧戦略25 (例えば、iso または anisohydric 気孔制御) の物理的性質保存し、水を使用する植物の能力を決定します。19,26,28日、種29,30によって大きく異なります。以前の研究は、熱帯16,27,31,32,33 , 温帯5,7 容量のさまざまな役割を実証しています。 ,21種と両方被子植物1,2,34と裸子植物6,11,17,19。
バイオマス含水率の改善の知識が植生水獲得のための戦略の理解を改善し、1、2、と一緒に沈殿物の政体35 が変化する種の脆弱性を使用して、 ,36。さらに戦略は、将来の気候変動のシナリオ37,38の下で人口統計学パターンのシフトの予測を助ける植物の水の使用を理解します。モデル データの融合技術39、を通して茎水分通知およびスケーラブルなプラント レベルの流体力学をテストするこの手法を使用して得られたデータを使用ことができますモデル40,41, 42,,4344気孔コンダクタンスの計算を改善するために、それによって、蒸散および光合成の炭素吸収量のシミュレーション。これらの高度な流体力学モデルは不確実性およびより大きい土地の表面および地球システム モデル25,45,46に組み込まれた場合のエラーの大幅な削減を提供可能性があります。 47,48。
33,49, 電子 dendrometers2,15,50, 電気抵抗をコアリング ツリーを監視または茎水分を計算するために使用するメソッドに含めますsap 磁束センサー32,33,53, ネットワーク, 重水素トレーサー19ガンマ放射減衰52 51べき49の幹と振幅11と時間4,12,13領域リフレクトメトリ (TDR)。最近の努力は土壌体積含水コンテンツ5,18,21,27を測定に使用されてきた、静電容量センサーの実行可能性をテストしています。周波数領域リフレクトメトリ (FRD)-スタイル静電容量センサーは、低コストし、連続測定のフィールドのシナリオで、高時間分解能測定のための魅力的なツールを作るためのエネルギーの比較的少量の使用します。TDR スタイル センサー FDR の自動化が容易容易に連続的な太陽時間データ セットの収集と実質的なケーブルの長さ13を必要と TDR 測定で固有の課題の多くを排除します。その場で静電容量センサーの使用は反復掘削または枝を収穫する必要があるし、堅材種の精度向上を提供することがあります。樹種、導管などの細胞外スペースから主水の撤退や、弾力性の高い木材や樹皮の係数は、一般的に低弾性幹膨張人気デンドロメータ測定技術の候補ではないです。2. 静電容量センサー推定誘電体積含水率に直接変換することができます。ただし、容量測定はセンサーを取り巻くメディアの密度に敏感です。したがって、センサーの出力を体積木水コンテンツ5,21に変換種特異的なキャリブレーションを主張します。
種特異的な校正体積含水率木材の静電容量センサー出力に変換するためのプロトコルを提案します。また、成熟した木々 の静電容量センサーのフィールド ・ インストールとメソッドの強み、弱みと仮定の議論についてもあります。これらの技術は、最大ツリー水貯蔵タンク8トランクの体積含水率を監視するために設計されていますが枝に沿って追加のセンサーのインストール ツリー全体に簡単に展開できます。ダイナミックな植物水分測定は植生流体力学、生気象学、陸面モデルのフィールドに進めます。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ruggedized Soil Moisture Sensor</td>
			<td>METER Group Inc.</td>
			<td>GS-3</td>
			<td>Capacitance sensors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/8&#34; drill bit</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>9/64&#34; drill bit</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drying oven</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chainsaw</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric drill</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bucket for water bath</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alcohol swabs</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Draw knife</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data logger</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon sealant</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the calibration and use of capacitance sensors to monitor stem water content in trees

土壌-植物-大気圏の連続を通して水の輸送・陸域水循環に重要ですし、主要な研究分野となっています。バイオマスの静電容量は、蒸散する油圧障害の回避に不可欠な役割を果たしています。ただし、大きな木の油圧容量の動的な変化の高時間分解能測定はまれです。校正および通常使用フィールドの木の体積含水率を測定するため、土壌水分を監視したり、静電容量センサーの使用手順を紹介します。周波数ドメイン反射スタイル観測研究されているメディアの密度に敏感です。したがって、体積含水率誘電率のセンサーから報告された値から変換する種特異的なキャリブレーションを行うことが必要です。校正は、収穫された枝や茎は乾燥または水量センサー観測データと回帰を生成するために使用の完全な範囲を生成する再水和のセグメントにカットされます。センサーはキャリブレーションのセグメントに挿入または適切なドリルのアライメントを確保するため作製したテンプレートを使用して適切な公差の穴を事前ドリル加工後の木にインストールされています。特別なセンサーの歯部が無理なく挿入することを可能にしながら、周囲のメディアとの良好な接触を作るように注意します。説明されている方法で体積含水コンテンツ ダイナミクスは、放熱技術と強制環境のデータを使用して記録された sap 流量測定に合わせます。水ストレス、干ばつの応答および回復、発症を観察するバイオマス水コンテンツ データを使用でき、校正とリモートでのパーティション分割するだけでなく、新しい工場の流体力学モデルの評価に適用する可能性を感じています地上部および地下部の成分に水分製品。

このセクションで我々 は 2016年成長シーズン中に 3 つのエイサーの赤体個人幹水の貯蔵庫の実測の詳細な分析に続いて、共通 5 の東林木種の校正データを提示します。検量線は、アメリカハナノキ、ダケカンバ第、ストローブマツ、ポプラ、オオバギンドロ、 コナラのヤマモモ(図 1) に生成されました。カーブの斜面は、 <em...

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The Calibration and Use of Capacitance Sensors to Monitor Stem Water Content in Trees

木の幹の水分量を監視するための校正と静電容量センサーの使用

バイオマスの油圧容量は、短期および長期の干ばつのストレスに対するバッファーとして機能する植生水収支のキー コンポーネントです。ここで、大きな木の幹の水分をモニターする静電容量センサー紹介校正と土壌水分の使用のためのプロトコル。

Water transport and storage through the soil-plant-atmosphere continuum is critical to the terrestrial water cycle, and has become a major research focus ...

the-calibration-use-capacitance-sensors-to-monitor-stem-water-content

Research

JoVE Journal

Environment

12.4K ビュー.  University of Texas at Austin. バイオマスの油圧容量は、短期および長期の干ばつのストレスに対するバッファーとして機能する植生水収支のキー コンポーネントです。ここで、大きな木の幹の水分をモニターする静電容量センサー紹介校正と土壌水分の使用のためのプロトコル。

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Unraveling the Unseen Players in the Ocean - A Field Guide to Water Chemistry and Marine Microbiology

Here we introduce a series of thoroughly tested and well standardized research protocols adapted for use in remote marine environments. The sampling protocols include the assessment of resources available to the microbial community (dissolved organic carbon, particulate organic matter, inorganic nutrients), and a comprehensive description of the viral and bacterial communities (via direct viral and microbial counts, enumeration of autofluorescent microbes, and construction of viral and microbial metagenomes). We use a combination of methods, which represent a dispersed field of scientific disciplines comprising already established protocols and some of the most recent techniques developed. Especially metagenomic sequencing techniques used for viral and bacterial community characterization, have been established only in recent years, and are thus still subjected to constant improvement. This has led to a variety of sampling and sample processing procedures currently in use. The set of methods presented here provides an up to date approach to collect and process environmental samples. Parameters addressed with these protocols yield the minimum on information essential to characterize and understand the underlying mechanisms of viral and microbial community dynamics. It gives easy to follow guidelines to conduct comprehensive surveys and discusses critical steps and potential caveats pertinent to each technique.

Here, we present a comprehensive protocol to assess the organic and inorganic nutrient availability and the abundance and structure of microbial and viral communities in remote marine environments.

水化学と海洋微生物学へのフィールドガイド - 海における幽玄選手の解明

Here we introduce a series of thoroughly tested and well standardized research protocols adapted for use in remote marine environments. The sampling ...

環境学

The Use of an Automated System (GreenFeed) to Monitor Enteric Methane and Carbon Dioxide Emissions from Ruminant Animals

Ruminant animals (domesticated or wild) emit methane (CH4) through enteric fermentation in their digestive tract and from decomposition of manure during storage. These processes are the major sources of greenhouse gas (GHG) emissions from animal production systems. Techniques for measuring enteric CH4 vary from direct measurements (respiration chambers, which are highly accurate, but with limited applicability) to various indirect methods (sniffers, laser technology, which are practical, but with variable accuracy). The sulfur hexafluoride (SF6)&#160;tracer gas method is commonly used to measure enteric CH4 production by animal scientists and more recently, application of an Automated Head-Chamber System (AHCS) (GreenFeed, C-Lock, Inc., Rapid City, SD), which is the focus of this experiment, has been growing. AHCS is an automated system to monitor CH4 and carbon dioxide (CO2) mass fluxes from the breath of ruminant animals. In a typical AHCS operation, small quantities of baiting feed are dispensed to individual animals to lure them to AHCS multiple times daily. As the animal visits AHCS, a fan system pulls air past the animal&#8217;s muzzle into an intake manifold, and through an air collection pipe where continuous airflow rates are measured. A sub-sample of air is pumped out of the pipe into non-dispersive infra-red sensors for continuous measurement of CH4 and CO2 concentrations. Field comparisons of AHCS to respiration chambers or SF6 have demonstrated that AHCS produces repeatable and accurate CH4 emission results, provided that animal visits to AHCS are sufficient so emission estimates are representative of the diurnal rhythm of rumen gas production. Here, we demonstrate the use of AHCS to measure CO2 and CH4 fluxes from dairy cows given a control diet or a diet supplemented with technical-grade cashew nut shell liquid.

The Use of an Automated System GreenFeed to Monitor Enteric Methane and Carbon Dioxide Emissions from Ruminant Animals

Accuracy and precision of the techniques used to measure methane emissions from ruminant animals are critically important for the success of greenhouse gas mitigation efforts. This manuscript describes the principles and operation of an automated system to monitor methane and carbon dioxide mass fluxes from the breath of ruminant animals.

腸内のメタンと反芻動物からの二酸化炭素排出量を監視するために、自動システム（GreenFeed）の使用

Ruminant animals (domesticated or wild) emit methane (CH4) through enteric fermentation in their digestive tract and from decomposition of manure during ...

A Duplex Digital PCR Assay for Simultaneous Quantification of the Enterococcus spp. and the Human Fecal-associated HF183 Marker in Waters

This manuscript describes a duplex digital PCR assay (EntHF183 dPCR) for simultaneous quantification of Enterococcus spp. and the human fecal-associated HF183 marker. The EntHF183 duplex dPCR (referred as EntHF183 dPCR hereon) assay uses the same primer and probe sequences as its published individual quantitative PCR (qPCR) counterparts. Likewise, the same water filtration and DNA extraction procedures as performed prior to qPCR are followed prior to running dPCR. However, the duplex dPCR assay has several advantages over the qPCR assays. Most important, the dPCR assay eliminates the need for running a standard curve and hence, the associated bias and variability, by direct quantification of its targets. In addition, while duplexing (i.e. simultaneous quantification) Enterococcus and HF183 in qPCR often leads to severe underestimation of the less abundant target in a sample, dPCR provides consistent quantification of both targets, whether quantified individually or simultaneously in the same reaction. The dPCR assay is also able to tolerate PCR inhibitor concentrations that are one to two orders of magnitude higher than those tolerated by qPCR. These advantages make the EntHF183 dPCR assay particularly attractive because it simultaneously provides accurate and repeatable information on both general and human-associated fecal contamination in environmental waters without the need to run two separate qPCR assays. Despite its advantages over qPCR, the upper quantification limit of the dPCR assay with currently available instrumentation is approximately four orders of magnitude lower than that achievable by qPCR. Consequently, dilution is needed for measurement of high concentrations of target organisms such as those typically observed following sewage spills.

A Duplex Digital PCR Assay for Simultaneous Quantification of the Enterococcus spp. and the Human Fecal-associated HF183 Marker in Waters

This manuscript describes a duplex digital PCR assay that can be used to simultaneously quantify Enterococcus spp. and the HF183 genetic markers as indicators of general and human-associated fecal contamination in recreational waters.

の同時定量のための二重デジタルPCRアッセイ<em&gt;エンテロコッカス属。</em&gt;およびWatersにおけるヒトの糞便関連HF183マーカー

This manuscript describes a duplex digital PCR assay (EntHF183 dPCR) for simultaneous quantification of Enterococcus spp. and the human fecal-associated ...

Use of a Filter Cartridge for Filtration of Water Samples and Extraction of Environmental DNA

Recent studies demonstrated the use of environmental DNA (eDNA) from fishes to be appropriate as a non-invasive monitoring tool. Most of these studies employed disk fiber filters to collect eDNA from water samples, although a number of microbial studies in aquatic environments have employed filter cartridges, because the cartridge has the advantage of accommodating large water volumes and of overall ease of use. Here we provide a protocol for filtration of water samples using the filter cartridge and extraction of eDNA from the filter without having to cut open the housing. The main portions of this protocol consists of 1) filtration of water samples (water volumes &#8804;4 L or &gt;4 L); (2) extraction of DNA on the filter using a roller shaker placed in a preheated incubator; and (3) purification of DNA using a commercial kit. With the use of this and previously-used protocols, we perform metabarcoding analysis of eDNA taken from a huge aquarium tank (7,500 m3) with known species composition, and show the number of detected species per library from the two protocols as the representative results. This protocol has been developed for metabarcoding eDNA from fishes, but is also applicable to eDNA from other organisms.

We describe a protocol for filtration of water samples with a filter cartridge and extraction of environmental DNA (eDNA) without having to cut open the housing to remove the filter. This protocol is developed for metabarcoding eDNA from fishes, but is also applicable to eDNA from other organisms.

ろ過水のサンプルおよび環境DNAの抽出のためのフィルターカートリッジの使用

Recent studies demonstrated the use of environmental DNA (eDNA) from fishes to be appropriate as a non-invasive monitoring tool. Most of these studies ...

Methods of Soil Resampling to Monitor Changes in the Chemical Concentrations of Forest Soils

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental changes. Repeated sampling to monitor these changes in forest soils is a relatively new practice that is not well documented in the literature and has only recently been broadly embraced by the scientific community. The objective of this protocol is therefore to synthesize the latest information on methods of soil resampling in a format that can be used to design and implement a soil monitoring program. Successful monitoring of forest soils requires that a study unit be defined within an area of forested land that can be characterized with replicate sampling locations. A resampling interval of 5 years is recommended, but if monitoring is done to evaluate a specific environmental driver, the rate of change expected in that driver should be taken into consideration. Here, we show that the sampling of the profile can be done by horizon where boundaries can be clearly identified and horizons are sufficiently thick to remove soil without contamination from horizons above or below. Otherwise, sampling can be done by depth interval. Archiving of sample for future reanalysis is a key step in avoiding analytical bias and providing the opportunity for additional analyses as new questions arise.

Repeated soil sampling has recently been shown to be an effective way to monitor forest soil change over years and decades. To support its use, a protocol is presented that synthesizes the latest information on soil resampling methods to aid in the design and implementation of successful soil monitoring programs.

森林土壌の化学濃度の変化を監視するための土壌リサンプリングの方法

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental ...

Controlled-release of Chlorine Dioxide in a Perforated Packaging System to Extend the Storage Life and Improve the Safety of Grape Tomatoes

A controlled-release chlorine dioxide (ClO2) pouch was developed by sealing a slurry form of ClO2 into semipermeable polymer film; the release properties of the pouch were monitored in containers with or without fruit. The pouch was affixed to the inside of a perforated clamshell containing grape tomatoes, and the effect on microbial population, firmness, and weight loss was evaluated during a 14 day storage period at 20 &#176;C. Within 3 days, the ClO2 concentration in the clamshells reached 3.5 ppm and remained constant until day 10. Thereafter, it decreased to 2 ppm by day 14. The ClO2 pouch exhibited strong antimicrobial activity, reducing Escherichia coli populations by 3.08 log CFU/g and Alternaria alternata populations by 2.85 log CFU/g after 14 days of storage. The ClO2 treatment also reduced softening and weight loss and extended the overall shelf life of the tomatoes. Our results suggest that ClO2 treatment is useful for extending the shelf life and improving the microbial safety of tomatoes during storage without impairing their quality.

Here, we describe a protocol for the application of a novel, slow-release ClO2 product that reduces spoilage and extends the shelf life of fresh fruit. The slow-release ClO2 product was added to standard commercial grape tomato packaging and tested against Escherichia coli and Alternaria alternata.

ストレージ寿命を延長し、ブドウトマトの安全性を向上させるための穴があいた包装システムにおける二酸化塩素の放出制御

A controlled-release chlorine dioxide (ClO2) pouch was developed by sealing a slurry form of ClO2 into semipermeable polymer film; the release properties ...

A Simple Planting Technique for Re-establishing Trees Where Frequent Inundation Occurs

Many of the Everglades tree islands have lost elevation over the past century and most of their trees have died such that they are now covered with herbaceous plants. This protocol describes a simple, cost-effective tree planting technique needed for restoring degraded Everglade tree islands. The design is patterned after a natural Everglades process that creates floating peat islands, which allows tree survival and growth in flooded conditions and often leads to the development of tree islands. Commercially available peat bags were used as the medium for the growth and establishment of potted native tree saplings. The pop-up configuration floated initially and provided additional elevation to minimize inundation, with a single native tree species sapling and a single tree fertilizer spike. During a 3 year study involving 105 pop-ups, most plants survived (80%) and many thrived. Determining whether this technique can establish trees on a degraded tree island will require longer studies and extensive field tests.

This protocol describes a simple, cost-effective tree planting technique for restoring degraded Everglades tree islands that experience inundation. The design creates an island (pop-up) which floats initially and adds elevation to promote tree survival and growth under flooded conditions.

単純な頻繁に浸水が発生した再構築ツリー手法を植栽

Many of the Everglades tree islands have lost elevation over the past century and most of their trees have died such that they are now covered with ...

Construction of a Low-cost Mobile Incubator for Field and Laboratory Use

Incubators are essential for a range of culture-based microbial methods, such as membrane filtration followed by cultivation for assessing drinking water quality. However, commercially available incubators are often costly, difficult to transport, not flexible in terms of volume, and/or poorly adapted to local field conditions where access to electricity is unreliable. The purpose of this study was to develop an adaptable, low-cost and transportable incubator that can be constructed using readily available components. The electronic core of the incubator was first developed. These components were then tested under a range of ambient temperature conditions (3.5 &#176;C - 39 &#176;C) using three types of incubator shells (polystyrene foam box, hard cooler box, and cardboard box covered with a survival blanket). The electronic core showed comparable performance to a standard laboratory incubator in terms of the time required to reach the set temperature, inner temperature stability and spatial dispersion, power consumption, and microbial growth. The incubator set-ups were also effective at moderate and low ambient temperatures (between 3.5 &#176;C and 27 &#176;C), and at high temperatures (39 &#176;C) when the incubator set temperature was higher. This incubator prototype is low-cost (&lt; 300 USD) and adaptable to a variety of materials and volumes. Its demountable structure makes it easy to transport. It can be used in both established laboratories with grid power or in remote settings powered by solar energy or a car battery. It is particularly useful as an equipment option for field laboratories in areas with limited access to resources for water quality monitoring.

This paper describes a method for building an adaptable, low-cost and transportable incubator for microbial testing of drinking water. Our design is based on widely available materials and can operate under a range of field conditions, while still offering the advantages of higher-end laboratory-based models.

フィールドと実験室の使用のための低コスト モバイル インキュベーターの建設

Incubators are essential for a range of culture-based microbial methods, such as membrane filtration followed by cultivation for assessing drinking water ...

BtM, a Low-cost Open-source Datalogger to Estimate the Water Content of Nonvascular Cryptogams

Communities of nonvascular cryptogams, such as mosses or lichens, are an important part of the Earth's biodiversity, contributing to the regulation of the carbon and nitrogen cycles in many ecosystems. Being poikilohydric organisms, they do not actively control their internal water content and need a humid environment to activate their metabolism. Therefore, studying water relationships of nonvascular cryptogams is crucial to understand both their diversity patterns and their functions in the ecosystems. We present the BtM datalogger, a low-cost open-source platform for the study of the water content of nonvascular cryptogams. The datalogger is designed to measure ambient temperature, humidity, and conductance from up to eight samples simultaneously. We provide a design for a printed circuit board (PCB), a detailed protocol to assemble the components, and the required source code. All this makes the assembly of the BtM datalogger accessible to any research group, even to those without previous specialized knowledge. Therefore, the design presented here has the potential to help popularize the use of this type of device among ecologists and field biologists.

We present a simple and cost-effective method to build an open-source datalogger that measures the conductance of nonvascular cryptogams together with the environmental temperature and humidity. We describe the hardware design of the datalogger and provide step-by-step assembly instructions, the list of required open-source logging software, the code to run the datalogger, and a calibration protocol.

東京三菱銀行、導管隠花植物の水量を推定する低コストのオープン ソース データロガー

Communities of nonvascular cryptogams, such as mosses or lichens, are an important part of the Earth's biodiversity, contributing to the regulation of the ...

Composition and Distribution Analysis of Bioaerosols Under Different Environmental Conditions

Variable microorganisms in particulate matter (PM) under different environmental conditions may have significant impacts on human health. In this study, we described a protocol for multiple analyses of the biological compositions in environmental PM. Five experiments are presented: (1) PM number monitoring by using a laser particle counter; (2) PM collection by using a cyclonic aerosol sampler; (3) PM collection by using a high-volume air sampler with filters; (4) culturable microbes collection by the Andersen six-stage sampler; and (5) detection of biological composition of environmental PM by bacterial 16SrDNA and fungal ITS region sequencing. We selected hazy days and a livestock farm as two typical examples of the application in this protocol. In this study, these two sampling methods, cyclonic aerosol sampler and filter sampler, showed different sampling efficiency. The cyclonic aerosol sampler performed much better in terms of collecting bacteria, while these two methods showed the same efficiency in collecting fungi. Filter samplers can work under low temperature conditions while cyclonic aerosol samplers have a sampling limitation for temperature. A solid impacting sampler, such as an Andersen six-stage sampler, can be used to sample bioaerosols directly into the culture medium, which increases the survival rate of culturable microorganisms. However, this method mainly relies on culture while more than 99% of microbes cannot be cultured. DNA extracted from the culturable bacteria collected by the Andersen six-stage sampler and samples collected by cyclonic aerosol sampler and filter sampler were detected by bacterial 16S rDNA and fungal ITS region sequencing.All the methods above may have wide application in many fields of study, such as environmental monitoring and airborne pathogen detection. From these results, we can conclude that these methods can be used under different conditions and may help other researchers further explore the health impacts of environmental bioaerosols.

Understanding the biological composition of environmental particulate matter is important for the study of its significant impacts on human health and disease spread. Here, we used three types of bioaerosol sampling methods and a biological analysis of airborne microbes to better explore airborne microbial communities under different environmental conditions.

組成と異なる環境条件下におけるバイオエアロゾルの分布解析

Variable microorganisms in particulate matter (PM) under different environmental conditions may have significant impacts on human health. In this study, ...